车载电气和电子设备的抗扰度性能试验

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  车载电气和电子设备的抗扰度性能试验


近年来，中国汽车工业的迅速发展，己经使汽车工业成为中国经济的一个支柱产业。汽车工业的发展也拉动了与之配套的汽车电子与电器行业的迅速发展。对于后者的质量控制与检测问题便成为业内人士所关注的一个热点。
本讲座介绍车辆电气设备在电源ISO7637-2：2004（E）标准是ISO7637标准的最新版本。着重介绍用于车辆电气和电子设备的抗瞬变干扰性能测量方法。标准所提供的这些测量方法适合于在实验室里做型式试验。通过这些试验，可以保证今后安装在12V和24V系统的轿车、轻型货车及普通货车上的设备有足够的抗干扰能力。标准所提供的试验方法适合车辆用电气和电子设备在实验室里作型式试验。


在ISO7637-2标准的抗扰度测试部分，分析了车载电源系统的特点（局限在车辆内部的一个比较小的独立电源系统上；系统的工作电压特别低，只有12或24V；所有的电气设备龟缩在车辆内部这个狭小的空间里工作），提出了一个不同于普通工频电源系统的车载电气和电子设备的专用抗扰度测试方法。
在ISO7637-2标准的抗扰度测试部分提到了好几种脉冲波形，它们分别代表了车辆电源系统在不同情况下所产生的干扰。


1 点火开关2 电感性负载3 负载RS4 被试设备5 电源
脉冲1发生在开关被断开的一瞬间




由于标准没有提出电感性负载的电感量范围，所以它是泛指在切换一般性电感性负载时发生的干扰。经统计和优选后提出P1脉冲的内阻较大（10～50Ω）、电压较高（几十伏至几百伏）、前沿较快（微秒级）和宽度较大（毫秒级）的负脉冲。在整个ISO7637-2标准里属于中等速度和中等能量的脉冲干扰，对被试设备兼顾了干扰（造成设备误动作）和破坏（造成设备中元器件的损坏）两方面的作用。


2  试验脉冲2
试验脉冲2在ISO7637-2标准里有2个，分别称为脉冲2a和脉冲2b脉冲。
其中脉冲2a（或称为P2a脉冲）是由于和被试设备相并联的设备被突然切断电流时，在线束电感上应生的瞬变。

1 点火开关2 线束（有分布电感）3 被试设备4 内部有电感的直流电动机
5 电动机开关6 负载7 负载开关8 电源
脉冲2a发生于负载开关（7）被打开的时候（此时线路中的点火开关是闭合的）



考虑到线束的电感量较小，所以脉冲的幅度不高（几十伏）、前沿较快（微秒级，如1微秒）、宽度较小（几十微秒，如50微秒）和内阻较小（如2Ω）的正脉冲。

在整个ISO7637-2标准里属于速度偏快和能量较小的脉冲干扰，它的作用与P1脉冲有点相似，但是正脉冲。





脉冲2b（或称为P2b脉冲）是点火被切断的瞬间，由于直流电动机所扮演的发电机角色，并由此所产生的瞬变现象。

1 点火开关2 线束（有分布电感）3 被试设备4 内部有电感的直流电动机
5 电动机开关6 负载7 负载开关8 电源
脉冲2b发生在电动机在正常运行的时候，而此时点火开关（1）被打开的瞬间。



这是一个电压不高（大体与系统的电源电压相当）、前沿较缓（毫秒级）、宽度很大（达到秒级）和内阻很小的脉冲。在整个ISO7637-2标准里属于低速和高能量的脉冲干扰，着重考核对设备（元器件）的破坏性。P2b脉冲的这个作用与P5有点相似，但电压较低，脉冲更宽。




3  试验脉冲3 （或称为P3脉冲）
脉冲3发生在开关切换的过程中。这种脉冲的特性受到线束分布电容和电感的影响。

1 带有分布电感和电容的线束2 开关3 被试设备
4 电感性负载5 电源






由于线束的分布电容和电感的值通常都很小，因此在整个ISO7637-2标准里P3脉冲是一系列高速、低能量的小脉冲，常能引起采用微处理器或数字逻辑控制的设备产生误动作。


1 被试设备2 起动器马达3 开关4 电源
在起动器马达被接通的瞬间产生脉冲4



在ISO7637-2标准里主要考核被试设备在跌落过程中误动作情况，尤其考核带微处理器的设备有没有出现数据丢失和程序紊乱的情况。





5  试验脉冲5 （或称为P5脉冲）
脉冲5发生在放电的电池被松开的瞬间（这种情况可能是由于电缆的腐蚀、接线不良或发动机运行时内部接线松开等引起的），而这时候交流发电机正在对蓄电池充电，与此同时，其他的负载仍接在交流发电机的电路上。

1 不良的连接2 交流发电机3 被试设备4 蓄电池



卸载脉冲P5的幅度取决于交流发电机的速度，以及在电池松开瞬间交流发电机的励磁情况。卸载脉冲的持续时间主要取决于励磁线路的时间常数，以及脉冲的幅度。



P5脉冲有P5a和P5b两种，前面讲的都是P5a脉冲的形成过程。然而在大多数新的交流发电机中，卸载脉冲的幅度是通过附加的限幅二极管来抑制的（箝位），这便形成了P5b脉冲。由此可见，P5a脉冲与P5b脉冲的区别在于，一个是未经限幅二极管箝位的脉冲，另一个则是经过箝位后的脉冲。



P5脉冲是幅度较高（100～200V，相对于系统电源电压来说，这已经算是高电压了）、宽度较大（达几百ms）、内阻又极低（几Ω，甚至零点几Ω）。所以在ISO7637-2标准里，P5脉冲属于能量比较大的脉冲，除了考核被试设备在P5作用下的抗干扰能力外，在相当程度上还在考核它对设备元器件的破坏性。


从上面的叙述中，我们不难发现，ISO7637-2标准提出的5个脉冲波形实际上是综合了多方面的干扰来考核车载电气设备：有高速、低能量的脉冲；低速、高能量的脉冲；兼顾速度和能量两方面的中等速度和中等能量脉冲；以及直流电压中断与直流电压跌落。


上海三基充分分析了各个波形的特点，对单元仪器的功能划分作了适当整合。整套仪器分成几台单元仪器：
其中P1、P2a为一台，专门产生中等速度和中等能量的脉冲；
P2b、P4为一台，是直流电压中断与直流电压跌落发生器；
P3为一台，用于产生高速、低能量的脉冲；
另外，P5a为一台独立的仪器，专门用来产生低速、高能量的脉冲。
考虑到众多的车载电气、电子设备，为了保护设备的安全，往往安装了浪涌抑制器件，以便使设备能够更加可靠地工作。在这种情况下，由P5a发生器产生的脉冲波形实际上受到了限制（脉冲幅度的增长受到限制）。在ISO7637-2标准里专门设立了一个P5b的脉冲，来模拟这种情况（模拟受限制的低速、高能量脉冲对设备工作的影响）。针对标准里的这种要求，在仪器的配置上，也专门把P5b独立为一台仪器。
这种采用多台仪器的集合配置的方案来实现ISO7637-2标准对抗扰度试验全部要求的做法，方便地满足了不同企业对于试验波形选择上的不同要求。
另外，考虑到国内还有相当多的企业在做日系和韩系车载电气和电子设备的配套供应工作，所以上海三基也可以为客户专门提供符合JASO D 001等标准的抗扰度试验设备。


6  试验
上述脉冲的抗扰度试验都是直接将试验脉冲叠加在被试车载电气和电子设备电源线里，做设备的电源线抗干扰试验（其中P3脉冲是唯一的一个例外，除了要将脉冲叠加在被试品的电源线里做电源线的抗扰度试验外；还可以通过电容耦合夹将脉冲耦合到信号线上，做被试品信号线上的抗干扰能力试验）。试验时，由试验人员观察被试品受干扰情况下工作，并判断其抗扰度性能合格与否。
关于试验中用到的脉冲极性、幅度、宽度，以及发生器的内阻，由相应产品标准来定，在试验正式开始之前，要先进行校验。被试品抗干扰性能的判据也由产品标准来定。


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作为附加信息，这里简单地提一提改进车载电气和电子设备电磁兼容性的常用措施（参见ISO7637-2标准的附录B）：
1  对骚扰源的电磁发射的抑制
在骚扰源的位置上来抑制骚扰的发射是最最有效的办法。
瞬变骚扰应当在设备（骚扰源）内部或在其端子上进行抑制，通常的办法是采用二极管、齐纳二极管、压敏电阻、阻尼电阻和抑制滤波器等。
如果不可能在设备（骚扰源）内部或端子上抑制瞬变骚扰，则抑制器件应当安装在离骚扰源尽可能近的位置上。
只要在瞬变骚扰源和抑制器件之间没有安插分断开关，齐纳二极管、压敏电阻及其他器件在电源线路端子上的使用可以对敏感设备给出足够的保护。


2  设备抗扰度性能的改善
设备抗扰度性能可以用二极管、齐纳二极管、压敏电阻、电容、抑制滤波器、阻尼电阻等来加以改进，就像处理瞬变骚扰那样，应当接在端子上。还要注意安装和连接位置的作适当选择，以便能改进抗扰度性能。


3   其他抑制措施
瞬变抑制的实用措施可采用下述方法中的一种或几种：
a) 对敏感设备采用一组“干净”的独立电源；
b) 在线索的关键位置上插入抑制器件；
c) 采用带有低通滤波特性的线束；
d) 小心从事线束的布线工作。